موضوع حساب معامل القدرة مهم جداً في الأنظمة الكهربائية عامة والمحركات الكهربائية والمحولات خاصة.
وكما نعلم أن معامل القدرة (بالإنجليزية: Power Factor) من أهم المؤشرات التي تحدد لنا مدى كفاءة استخدام الطاقة الكهربائية.
ونذكر بأن انخفاض معامل القدرة قد يؤثر سلباً على أداء النظام الكهربائي في عدة نواحي أهمها
- زيادة استهلاك الكهرباء.
- التحميل الزائد على الكابلات والمحولات الكهربائية.
كل ذلك يعمل على تراكم الغرامات المالية التي تفرضها شركة الكهرباء على المصانع.
ويرجع أهمية تحسين معامل القدرة إلى خفض نسبة الفقد ورفع كفاءة استخدام الطاقة وخفض التكاليف التشغيلية.
ما هو معامل القدرة
معامل القدرة هو ما يحدد النسبة بين القدرة الفعالة التي يرمز لها بالحرف P والقدرة الظاهرة ويرمز لها بالحرف S.
وتتمثل بالمعادلة التالية:
معامل القدرة PF = القدرة الفعالة ÷ القدرة الظاهرة
وجدير بالذكر إلى أن تدني معامل القدرة يحدث نتيجة وجود أحمال كهربائية حثيه مثل المحركات الكهربائية والمحولات الكهربائية.
في حين رفع معامل القدرة يزيد باستخدام المكثفات المناسبة، وهذا ما نسعى له في تحسين معامل القدرة في المصانع.
ونشير إلى أن ضعف معامل القدرة يؤدي إلى التالي:
- ارتفاع شدة التيار في منظومة الكهرباء.
- زيادة الخسائر الحرارة في الكابلات والمحولات الكهربائية.
- تدني كفاءة استخدام الطاقة.
- فرض شركة الكهرباء غرامة مالية على هذا الانخفاض.
وبعد أن تعرفنا على معامل القدرة وضرر انخفاضه، نبدأ بتوضيح القوانين المستخدمة في حساب معامل القدرة.
كيفية حساب معامل القدرة
من المهم أن نكون على علم تام بالقوانين التي نلجأ لها عند حساب معامل القدرة، وعادة نحتاج لها عند تصميم أنظمة تحسين معامل القدرة.
ومن هذه المعادلات:
القدرة الفعالة (P) = الجهد (V) × التيار (I) × معامل القدرة (cosθ)
نلاحظ أن معامل القدرة مضاف ضمن المعادلة
القدرة الظاهرة (S) = الجهد (V) × التيار (I)
القدرة غير الفعالة (Q) أو التفاعلية = الجهد (V) × التيار (I) × sin(θ)
معامل القدرة (PF) = القدرة الفعالة (P) ÷ القدرة الظاهرة (S)
معامل القدرة هي الزاوية بين القدرة الفعالة والقدرة الظاهرة. في حين زاوية الطورية هي التي توضح الفرق بين زاوية الجهد والتيار.
ويمكن حساب القدرة التفاعلية Q باستخدام المعادلة التالية:
والقدرة الظاهرة = جذر (القدرة الفعالة2 + القدرة التفاعلية2)
مثال تطبيقي لحساب معامل القدرة
مثال تطبيقي 1
حمل كهربائي 50 كيلو واط والقدرة الظاهرة له 55 كيلو فولت أمبير، السؤال احسب معامل القدرة للحمل الكهربائي؟
الحل:
باستخدام قانون معامل القدرة:
معامل القدرة (PF) = القدرة الفعالة (P) ÷ القدرة الظاهرة (S)
= 50 ÷ 55 = 0.9
إذاً معامل القدرة للحمل الكهربائي يساوي 0.9
مثال تطبيقي 2
حمل كهربائي 50 كيلو واط ومعامل القدرة له يساوي 0.7، احسب القدرة التفاعلية؟
الحل:
القدرة الظاهرة = القدرة الفعالة (الحقيقية) ÷ معامل القدرة
= 50 ÷ 0.7 = 71.4 كيلو فولت أمبير.
القدرة التفاعلية = جذر (القدرة الفعالة2 – القدرة الظاهرة2)
= 50.9 كيلو فار (50.9kVAR)
قد يهمك: ما سبب حساب معامل القدرة للمحركات الكهربائية؟
خطوات عملية لتحسين معامل القدرة
من الخطوات العملية القائمة على تحسين نظام معامل القدرة هي:
- تقييم الأحمال الكهربائية الحالية وتحديد معامل القدرة الحالية
- احسب القدرة التفاعلية اللازمة للتعويض.
- حدد سعة وحجم المكثفات المطلوبة.
- جهز اللوحات الكهربائية لتركيبها بالنظام.
- اختبر أداء نظام الكهرباء بعد التركيب وراقب معامل القدرة الجديد.
باتباع الخطوات العملية أعلاه تكون قد توصلت إلى رفع معامل القدرة، ولكن يتطلب خبرة خاصة ومراقبة جيدة للنظام بعد تركيب المكثفات.
قد يهمك: تأثير هبوط الجهد على معامل القدرة
المصدر: شنايدر إليكتريك
